電動汽車

電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。電動汽車的優點是：它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關技術。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發電設備日夜都能充分利用，大大提高其經濟效益。有些研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業的一個"熱點"。

電動汽車的困難是目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經濟規模，故購買價格較貴，至于使用成本，有些試用結果比汽車貴，有些結果僅為汽車的1／3，這主要取決于電池的壽命及當地的油、電價格。

電池是電動汽車發展的首要關鍵，要想在較大范圍內應用電動汽車，要依靠先進的蓄電池經過10多年的篩選，現在普遍看好的氫鎳電池，鋰離子和鋰聚合物電池。氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍，其它性能也都優于鉛酸電池。但目前價格為鉛酸電池的4-5倍，正在大力攻關讓它降下來。鋰是最輕、化學特性十分活潑的金屬，鋰離子電池單位重量儲能為鉛酸電池的3倍，鋰聚合物電池為4倍，而且鋰資源較豐富，價格也不很貴，是很有希望的電池。我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產業化開發方面均取得了快速的發展。電動汽車其他有關的技術，近年都有巨大的進步，如：交流感應電機及其控制，稀土永磁無刷電機及其控制，電池和整車能量管理系統，智能及快速充電技術，低阻力輪胎，輕量和低風阻車身，制動能量回收等等，這些技術的進步使電動汽車日見完善和走向實用化。我國大城市的大氣污染已不能忽視，汽車排放是主要污染源之一，我國已有10個城市被列入全球大氣污染最嚴重的20個城市之中。我國現今人均汽車是每1000人平均10輛汽車，但石油資源不足，每年已進口幾千萬噸石油，隨著經濟的發展，假如我國人均汽車持有量達到現在全球水平---每1000人有110輛汽車，我國汽車持有量將成10倍地增加，石油進口就成為大問題。因此在我國研究發展電動汽車不是一個臨時的短期措施，而是意義重大的、長遠的戰略考慮。

燃料電池電動汽車

燃料電池是把燃料中的化學能直接轉化為電能的能量轉化裝置，它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能"儲電"而是一個"發電廠"。燃料電池也有多種類型，經過多年的探索，最有望用于汽車的是質子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負極，經過催化劑（鉑）的作

用，氫原子中兩個電子被分離出來，這兩個電子在正極的吸引下，經外部電路產生電流，失去電子的氫離子（質子）可穿過質子交換膜（即固體電解質），在正極與氧原子和電子重新結合為水。由于氧可以從空氣中獲得，只要不斷給負極供應氫，并及時把水（蒸汽）帶走，燃料電池就可以不斷地提供電能。燃料電池的優點是：1、能量轉化效率高。燃料電池的能量轉換效率可高達60-80％，為內燃機的2-3倍。2、不污染環境。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生CO和CO2，也沒有硫和微粒排出，沒有高溫反應，也不產生NOX。如果使用車載的甲醇重整催化器供給氫氣，僅會產生微量的CO和較少的CO2。3、壽命長。燃料電池本身工作沒有噪聲，沒有運動性，沒有振動，其電極僅作為化學反應的場所和導電的通道，本身不參與化學反應，沒有損耗，壽命長。經90年代的研究，燃料電池在汽車上的應用已取得重大進展質子交換膜電池（簡稱pEM燃料電池）功率密度已大大提高。1990年時每公升體積可產生140W電力，1995年提高至1000W。每公斤重量也從100多瓦提高到幾百瓦最高可達700W。2001年每公斤體積已提高到2200W。質子交換膜的價格下降到540美元／cm2，工作壽命可長達57000h。質子交換膜燃料電池工作溫度為80℃。用于催化的鉑的用量大大下降，過去用量是5mg／cm2，一輛汽車燃料電池光鉑就要3萬美元，比整個汽車還貴現在已下降到0．4mg／cm2，近日報道已有做到0．25mg／cm2，甚至0．10mg／cm2。燃料電池的核心部件反應堆的能量轉換效率，加拿大巴拉德公司已達到總速時為60％，滿負荷時為40％。德國在額定負荷時為59％，20％額定負荷時為69％。各種供給氫氣的方法：高壓儲氫瓶、液化氫儲存器、金屬儲氫技術都有明顯進步，從甲醇和汽油經重整器獲得高密度氫氣的技術有很大進步，為利用現有加油站"加油"而保持汽車長距離行駛提供可能，尤其是從甲醇獲取氫得到更多的重視，因為它的重整工作溫度較低，耗能較少，伴生的CO等副產品較少。pEM燃料電池要在性能及價格方面達到與內燃機汽車有競爭力的水平還有大量的工作要做，特別是價格方面，20世紀80年代時燃料電池每千瓦功率的價格為1500-2000美元，預計本世紀末可達到500-600美元，也就是說一輛功率為50kw的汽車，光燃料電池的價格仍需25000-3000美元，為了降低價格，正在大力研究新材料（如新的質子交換膜，新的催化材料及技術等）、新結構、新工藝和新技術。2000年巴拉德公司開發出最新一代燃料電池MK900，2001年MK902，并已建成年產1萬個電池的生產線。

混合動力電動汽車

?復合動力電動汽車（亦稱混合動力電動汽車）是指車上裝有兩個以上動力源，包括有電機驅動，符合汽車道路交通、安全法規的汽車，車載動力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機車的發電機組，當前復合動力電動汽車一般是指內燃機車發電機，再加上蓄電池的電動汽車。復合動力電動汽車的優點是：1、采用復合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。2、因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。3、在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現"零"排放。4、有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。5、可以利用現有的加油站加油，不必再投資。6、可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。復合動力電動汽車有兩種基本的工作方式，即串聯式、并聯式和串并聯（或稱混聯）式。復合動力驅動汽車的缺點是：有兩套動力，再加上兩套動力的管理控制系統，結構復雜，技術較難，價格較高。由于"新一代汽車伙伴合作"（pNGV）計劃的推動美國三大汽車公司對各種單元技術及其不同組織進行成百種方案的篩選、比較，認為采用復合動力是實現中級轎車百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的關注。經過多年研究，混合動力電動汽車已開發出一些成功的例子。日本豐田汽車公司1997年12月宣布將復合動力電動轎車prius投入小批量商業化生產，該車自重1515kg，裝用頂置凸輪軸四缸，1500cc排量汽油機，最大功率42．6kW／4600r／min，帶永磁無刷發電機，驅動電機亦為永磁無刷的額定功率30kW，采用氫鎳電池，實現串并聯控制方式，百公里油耗為3．4L，比原汽油車減少了一半，CO2排量也相應減少了一半，CO、HC、NOX僅為現行法規允許值的10％，售價每輛216萬日元（約15000美元）。美國克萊斯勒汽車公司1998年2月在底特律展出第二代道奇無畏ESX2型復合動力電動轎車，該車裝用1500cc排量直噴柴油機帶發電機，采用鉛酸電池，交流感應電機驅動，鋁車架，復合材料車身，自重1022kg，百公里油耗降至3．4L。2000年通用，福特，戴姆勒·克萊斯勒已開發出100公里油耗已達到3升汽油或接近3升汽車的樣車，只是價格仍較貴。